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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA U.N.I. INFORME DEL LABORATORIO Nº3

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA y ELECTRÓNICA F.I.E.E. CURSO EE 240-M PROFESORES

: LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS : Ing. Agustín Gutiérrez P. : Ing. Miguel Pulicán V.

TEMA

: Formación de Campos Magnéticos en Maquinas Rotativas ALUMNOS GRUPO 3:      

UNI FIEE EE 240 N

Michel Martínez Flores Kevin Angelino Valenzuela Miguel Tejada Becerra Juan Guzmán Delgado John Marín Ramírez Jaime Torres Huerto

Código 20090044 G Código 20100377 C Código 20092066 H Código 19831090 G Código 20094035 B Código 20031026 F

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13

EXPERIMENTO N 03 FORMACION DE CAMPOS MAGNETICOS EN MAQUINAS ROTATIVAS 1. OBJETIVOS: Analizar las características de un campo magnético formado en el entrehierro de una maquina rotativa cuando sus devanados son excitados con corriente continua o con tensiones alternas trifásicas DATOS DE LA MAQUINA DE EXPERIMENTACION

Tensión de Fase Numero de

100/110 V. 24

STATOR 200/220 V. 24

230/250 V. 24

ROTOR 100 /110 V. 36

200/250 V. 36

ranuras

BOBINADOS

A

B

C

D

E

Número de

12

12

12

36

36

Bobinas Número de

30

60

63

16

36

30

60

63

9

18

PRINCIPLAES

conductores por ranura Numero de espiras por bobina Diámetro del

2x0.044”

0.044”

0.044”

2x0.040”

0.040”

conductor de cobre Numero de polos Tipo de bobinado

2 Una capa

2 Una capa

2 Una capa

2 Doble capa

2 Doble capa

1-12

1-12

1-12

por vuelta Paso de bobina Longitud de la

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35”

35”

35”

1-19 27.5”

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1-19 27.5”

INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 vuelta promedio Resistencia de la

0.245 Ω

1.17 Ω

1.22 Ω

0.018 Ω

0.31Ω

bobina a 60 ºC

Informe Final N° 3

Formación de Campos Magnéticos en Máquinas Eléctricas CUESTIONARIO

4.1 Graficar en el papel milimetrado y a escala conveniente: 4.1.1 La distribución de f.m.m producido en el estator. Las características de magnetización e indicar las zonas características. Datos tomados en el laboratorio:

V (vol) 145 217.6 256.7 309.6 326.9 340.2 352.9 360.8 366.2

I (amp) 0.40 0.72 1.00 1.40 1.73 2.03 2.40 2.73 3.10

Se toma los valores de la corriente en el estator y el voltaje en el rotor, manteniendo siempre la velocidad constante a 3600RPM.

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 En consecuencia E es directamente proporcional al flujo en la máquina y a la velocidad de rotación de ella.

E=KΦw

La corriente de campo en una maquina eléctrica produce una fuerza magneto motriz dada por F=NI. Puesto que la corriente de campo es directamente proporcional a la fuerza magneto motriz y E es directamente proporcional al flujo, se presenta la curva de magnetización como la gráfica de E contra la corriente de campo a una velocidad dada.

Curva de Magnetización

400 350 309.6

300

326.9

340.2

352.9

360.8

366.2

256.7

250 217.6

200 150

145

100 50 0 0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

4.1.2 La característica de la magnetización e indicar las zonas características

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3.5

INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 Se puede distinguir una zona lineal para valores de V bajos, una zona de codo para valores de V intermedios y una zona de saturación donde el valor de V tiende a mantenerse constante durante el crecimiento de If. En la presente experiencia se trabajó con dos fases (R-S), con 12 bobinas en el estator y con 60 espiras por bobina. Esta información se sacó de la hoja técnica de la maquina Student. La distribución de fuerza magneto motriz en el estator se construiría sumando 60If hasta un máximo valor de 300If:

Distribucion de Fuerza Magnetomotriz del Estator 6 4 2

No ZC × If

0 -2

0

50 100 150 200 250 300 350 400

-4 -6

α°

4.2. A partir de las mediciones efectuadas en el apartado 3.1.1.4. Deducir la magnitud máxima de la inducción magnética en el entrehierro (tomando como base cada valor de UNI FIEE EE 240 N

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 tensión inducida). Hacer lo mismo a partir de la distribución de fuerza magneto motriz y compararlas.

A partir de las tensiones inducidas:

E=KΦw Φ=

E KΦw

Dónde:

K=

PZ 2π

Reemplazando: B=

E RLPZw

2 Erms Bmax = √ RLPZw

De las especificaciones técnicas de la Maquina Student: P: Número de polos=2 Z: Número de conductores en serie del rotor: 18x9 R: Radio del Rotor= 12.446cm L: Longitud axial del Rotor Se trabajó con una velocidad de 3600RPM Reemplazando las mediciones realizadas durante el desarrollo del laboratorio

V rotor RMS B max (Voltios) entrehierro (T) 145 0.013489/L 217.6 0.020243/L UNI FIEE EE 240 N

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256.7 309.6 326.9 340.2 352.9 360.8 366.2

0.023880/L 0.028801/L 0.030411/L 0.031648/L 0.032829/L 0.033564/L 0.034066/L

A partir de la Fuerza magneto motriz: B=

∅=

P∅ 2 πRL

¿ lg uo 2 πRL

Reemplazando: B=

PNIuo lg

Bmax = √

2 PNIrmsuo lg

De las especificaciones técnicas P: Número de polos=2 N: Número de conductores en serie del estator: 5x60 lg: Longitud del Entrehierro: 0.09906cm Reemplazando las mediciones realizadas durante el desarrollo del laboratorio

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

 

I estator rms (A)

B max entrehierro (T)

0.40 0.72 1.00 1.40 1.73 2.03 2.40 2.73 3.10

0.43 0.78 1.08 1.51 1.86 2.19 2.58 2.94 3.34

De esta manera se deduce que la magnitud de inducción máxima también corresponde a la máxima intensidad de corriente continua en el estator. Aunque la última relación contiene al término no lineal ‘μ’, el producto con ‘I’ es siempre creciente, por lo que no alterará la respectiva correspondencia de valores máximos de ‘B’ e ‘I’. Un cálculo se realizó en base a las tensiones del inducido y el otro en base a los valores de corriente en el estator, se debe tener en cuenta el concepto de perdidas alteran los valores de trabajo. Se debe tener en cuenta que las medidas de longitudes tomadas de la hoja de especificaciones guarden total correspondencia con la realidad, una pequeña variación de la longitud del entrehierro puede alterar los cálculos matemáticos.

4.3. Para un valor de corriente de excitación, calcular la energía magnética almacenada en el entrehierro a partir de los datos tomados en (3.1.1.4) y a partir de la expresión para W=1/2Lm I². Comparar los valores encontrados para las magnitudes de las inductancias magnetizantes (Lm). Sabemos que:

Lm=/I,

Entonces

Lm=(Nm)/I

Reemplazamos el valor de Lm en el de energía y tenemos:

W1=11.1096 BmaxI UNI FIEE EE 240 N

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 Por otro lado tenemos: W2=½BHVol

el volumen es igual a:

Vol=5.314x10-5m3

Finalmente tenemos:

W2=2.6574x10-5BH

FORMACION DE CAMPO GIRATORIO 4.4. Determinar analíticamente la formación de la onda de f.m.m. giratoria en el entrehierro, para los casos 3.2.1, 3.2.2 y 3.3.3

En el caso 3.2.1: Excitación con tensión continúa en un devanado retórico en movimiento.

φ=Φmax cos ⁡( wt )

φ=BA=Kμ I DC cos ⁡( wt )

e=−N

dφ =N ( Kμ I DC ) (w) sen(wt ) dt

e=−N

dφ =K ' I DC sen(wt ) dt

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 En el caso 3.2.2: Excitación con tensión alterna en un devanado trifásico estacionario.

Sean las corrientes trifásicas:

i a=Icos ( wt ) ,i b =Icos ( wt −120 ° ) ,i c =Icos ( wt−120 ° )

Sus fuerzas electromotrices con respecto a un punto de orientación ‘θ’ serán:

Fa =Fcos ( wt ) cos ( θ ) , Fb =Fcos ( wt −120° ) cos ( θ−120 ° ) , Fc =Fcos ( wt +120 ° ) cos (θ+ 120° ) 3 Fresultante = Fcos(wt−θ) 2 Entonces, tomando θ = 0 y cte. para facilitar los cálculos:

φ=

F resultante 3 F = cos ⁡( wt ) R 2R

e=−N

dφ 3 Fw = sen( wt) dt 2R

En el caso 3.2.3: Excitación con tensión alterna en un devanado trifásico estacionario.

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 De las relaciones anteriores: 3 Fresultante = Fcos(w1 t−θ) 2

θ=w2 t Donde: w 1 : Frecuencia angular de la corriente trifásica w 2 : Frecuencia angular del rotor Luego: φ=Φ cos ( ( w1 −w2 ) t )

e=−N

dφ =( w1 −w2 ) NΦ sen (( w 1−w 2 ) t ) dt

Entonces, si w1 = w2, no sólo se obtiene frecuencia igual a cero, sino que la f.e.m. inducida también será cero.

4.4.1. Respecto al apartado 3.2.3.2 ¿se alteraron los valores registrados al cambiar la secuencia de fases de la alimentación?

Hicimos 3 pruebas, la primera con una velocidad de 0 rpm y obtuvimos en las mediciones ciertos valores de frecuencia y tensión.

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 Las 2 siguientes fueron con velocidades de 1800 rpm una en el mismo sentido y otra en sentido contrario, en estas pruebas se pudo observar como en el primer caso las frecuencias y tensiones se suman, mientras que en el otro, pasa lo contrario.

4.5. ¿De qué depende la velocidad del campo giratorio producido al excitar un devanado polifásico? Puesto que el periodo o intervalo de tiempo de la variación senoidal de la corriente es el mismo en los conductores, la velocidad del campo magnético rotatorio (S), varía directamente con la frecuencia, pero inversamente con el número de polos: S = 120 f / P = 120 f / 2n f: Frecuencia(Hz) n:Número de polos 4.6. Si el arrollamiento polifásico no es balanceado ¿Se produce un campo giratorio? Explique. Cuando el arrollamiento no es balanceado si se genera un campo giratorio pero este se encuentra desequilibrado lo cual puede hacer que el motor se encienda incluso cuando uno no quiere que eso pase. 4.7. Si el arrollamiento fuera monofásico ¿Qué fenómeno ocurre? Los motores monofásicos asíncronos o también llamados motores monofásicos de inducción son las máquinas de impulsión eléctrica más utilizadas por su sencillez, seguridad y costo. En general en todas las dependencias industriales se necesitan “pequeños motores” que funcionen mediante alimentación monofásica para los diversos aparatos eléctricos. La denominación “motor pequeño” se aplica a motores de potencia inferior a un caballo de fuerza, es decir, menor a un HP. También llamado motor de potencia fraccional y casi la totalidad de los motores monofásicos son de potencia fraccional. Aun cuando, se fabrican en potencias enteras normalizadas: 1.5, 2.5, 5, 7.5 y 10 HP tanto para tensiones de 115, 230 e incluso 440 volt para las potencias de 7.5 y 10 HP

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INFORME No 3 DE LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS EE-240 N GRUPO 3 CICLO 2013-II-------FECHA 25-9-13 El motor monofásico de inducción es netamente inferior al motor de inducción trifásico. Para iguales pesos, su potencia bordea solo el 60% de la del motor de inducción trifásico; tiene un factor de potencia más bajo y menor rendimiento. Estos motores también presentan una gran desventaja: puesto que hay una sola fase en el bobinado del estator, el campo magnético de este motor no gira; en cambio, pulsa, al principio con gran intensidad que va disminuyendo luego, pero permaneciendo en la misma dirección. Como no hay campo magnético giratorio en el estator, un motor de inducción no tiene momento de arranque. 4.8. Explicar a qué se deben las deformaciones vistas en la onda sobre el osciloscopio. Las pequeñas deformaciones en las ondas generadas en general se deben a la no linealidad de las cargas, a las soldaduras eléctricas y a arcos eléctricos por conexiones o contactos eléctricos defectuosos. 4.9. Escribir conclusiones acerca de la experiencia. 1. La máquina rotativa (MEG) poseía un tacómetro (medidor de velocidad mediante un voltaje proporcional), pero éste no funcionaba correctamente, por lo que las mediciones se efectuaron directamente con un multímetro. 2. Debido a que los reóstatos no estaban en buenas condiciones, no se podía llegar al valor nominal de la máquina en varias mediciones, ya que se producían chispas en dichos reóstatos. 3. El multímetro FLUKE nos permite graficar una medición en tiempo real de voltaje, corriente, frecuencia, etc. Esto es muy ventajoso ya que se pueden observar formas de onda directamente, sin necesidad de contar con un osciloscopio. 4. Los instrumentos analógicos (voltímetros, amperímetros, vatímetros) son útiles cuando se realiza una medición de alta magnitud, tales como corrientes del orden de varios amperios que podrían dañar otros equipos sensibles. 5. Los instrumentos digitales son muy útiles cuando se realizan mediciones de magnitud moderada, tales como voltajes de magnitud comparable a la red de tensión. Esto por las ventajas de todo equipo digital: precisión y confiabilidad.

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